不同硬度黑莓品种花及果实品质性状评价分析

李 洁,王佳鸾,吴文龙,李维林,张春红

(1 江苏省中国科学院植物研究所/南京中山植物园/江苏省植物资源研究与利用重点实验室,南京,210014;2 南京林业大学南方现代林业协同创新中心/南京林业大学林学院,南京,210037)

黑莓原产北美洲,为蔷薇科(Rosaceae)悬钩子属(RubusL.)多年生灌木,是重要的第三代小果类经济林果树[1]。黑莓果实是由若干小核果聚合而成的浆果,酸甜爽口,富含多种有益于人体健康的营养物质以及抗氧化活性物质[2]。果实硬度是与贮藏性密切相关的重要品质性状之一,越来越受到果树生产者和育种者的重视。黑莓果实成熟后柔软多汁,极易腐烂变质,耐贮性较差,一定程度上成为国内黑莓产业可持续发展的限制性因素。

一般而言,不同果树果实的硬度不同,同种果树不同品种的果实硬度也存在差异[3]。果实硬度主要是由果肉细胞的结构和组成物质决定的,如果胶、纤维素、半纤维素、木质素等,同时还涉及多个关键酶。对于硬度的测量方法目前主要分为有损测量和无损测量两类,利用果实硬度计对果皮进行穿刺试验以压缩力作为园艺果实的硬度是目前最简单快捷的方法[4]。目前国内外对于黑莓和其他园艺果实硬度研究主要侧重于内在细胞壁物质和细胞壁降解酶活性分析等[5],对其他花形态和果实性状相关性指标少见报道。可溶性糖和有机酸是水果风味的关键组分,果蔬组织中糖酸的组分和浓度,特别是它们在水果和浆果中的相对比例,与果实品质、成熟度和贮藏性密切相关[6]。果实中大量存在着多酚类物质与类黄酮类等植物次生代谢产物,它们与果实色泽发育、品质和风味形成、成熟衰老等密切相关,对果实的贮藏、加工性能和营养价值也都具有重要影响[7]。花色苷是花色素与糖以糖苷键结合而成的一类化合物,是果实成熟中使颜色改变的主要色素物质[8]。黑莓果实在转色成熟后硬度急速下降[9],而这些品质性状与硬度变化规律的相关关系目前仍少见揭示。

硬度是黑莓新品种选育的重要目标性状之一,硬度和其他果实形态和品质性状指标在品种间多存在一定差异,探究果实硬度与各性状间的相关关系,一定程度上对加快高硬度黑莓育种及提高育种准确性具重要意义。笔者所在课题组前期对少数不同硬度黑莓果实进行了形态性状[10]、微形态结构[11]差异揭示,而目前对果实形成前期花性状、果实成熟进程中主要营养物质积累规律等与果实硬度的相关性尚未见报道,关于黑莓果实硬度的评价仍缺乏更多直观有效的相关性状评价方法。基于此,本研究对目前生产上不同硬度黑莓品种开展花形态和果实品质相关性状的评价比较,以期为不同硬度黑莓果实评价、高硬度种质筛选和种质育种利用提供更多理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为17个黑莓优良栽培品种(见表1)3年生大树,均种植于江苏省中国科学院植物研究所溧水科学基地,于2022年6-7月于各品种果实发育进程不同时期(转色期、红果期及成熟期)采集颜色一致、无病虫害的健康果实,采后低温运输至实验室后测定各果实外观品质和营养品质等指标。

表1 17个黑莓品种成熟期果实硬度 kg/cm2

1.2 花和果实性状测定

1.2.1 花性状的测定 对17个品种于盛花期选取30朵盛开的花,对花形态性状包括花瓣颜色、形状、花型,依据《植物新品种特异性、一致性、稳定性测试指南—悬钩子属黑莓亚属》鉴别记载,对30个结果枝花序进行每花序花数量和花瓣数目计数调查,利用直尺测量30朵完全开放花的花冠直径。

1.2.2 果实硬度及外观品质性状的测定 对不同发育进程果实,取30粒成熟度和外观一致的果实,用感量0.01 g的天平称量成熟果实单果质量,用精度0.01 mm的游标卡尺测定单粒果实纵径、横径,数出单粒果小核果数目。选取 10 粒大小均匀的成熟果实,对近果蒂部小核果用手持GY-4型果实硬度计测定果实硬度(单位kg/cm2),依据测试指南判别各品种果实的形状。将各品种果实果肉经果胶酶溶解,漂洗后获得各品种种子,用万分之一天平称取百粒质量。各测定性状均重复3次取平均值。

1.2.3 总多酚含量的测定 果实总多酚含量采用福林酚法测定。鲜果打浆,取0.5 g转入10 mL离心管,加入5 mL 50%乙醇溶液,摇匀,在35 ℃下以60 Hz超声波处理20 min,取上清液1 mL于离心管中,加入0.5 mL福林酚试剂、2 mL 7.5%碳酸钠溶液和6.5 mL水,涡旋振荡1 min,于暗处静置2 h,用l cm比色皿,在750 nm波长条件下测定吸光度,根据回归方程y=0.987x+0.033 4(R2=0.999 1)计算总酚含量。

1.2.4 总黄酮含量的测定 果实总黄酮含量采用分光光度计法测定。鲜果打浆,取0.5 g转入10 mL离心管,加入5 mL 50%乙醇溶液,摇匀,置于65 ℃的水浴中加热约45 min,搅拌使之溶解,取出后冷却至室温,吸取上清液500 μL,置于10 mL离心管中,加2.5 mL 95%乙醇,依次加入硝酸铝和醋酸钾各500 μL,加6 mL水,摇匀,静置1 h,用 1 cm比色杯,在波长415 nm处测吸光值,根据回归方程y=0.546 1x+0.040 9(R2=0.999 4)计算总黄酮含量。

1.2.5 花色苷含量的测定 果实花色苷含量采用分光光度计法测定。鲜果打浆,取0.5 g转入10 mL离心管,加入5 mL 50% 乙醇溶液,在35 ℃下以60 Hz超声波处理20 min,7 000 rpm离心5 min,取上清液各500 μL分别置于10 mL离心管中,加入pH值1.0缓冲液4.5 mL,摇匀,室温下避光静置60 min,以缓冲液做空白对照,反应完全后采用l cm比色皿,在510 nm处测吸光值,根据回归方程y=0.045 5x-0.088 1(R2=0.999 6)计算花色苷含量。

1.2.6 其他营养物质含量的测定 果实可溶性糖和维生素C/抗坏血酸含量采用试剂盒测定。植物可溶性糖含量测试盒(货号A145-1-1)和维生素C/抗坏血酸含量测试盒(货号A009-1-1)均购于南京建成生物有限公司。果实可溶性固形物含量使用手持折光仪进行测定。可滴定酸含量利用0.1 mol/L氢氧化钠溶液滴定测定。依据可溶性固形物与可滴定酸含量计算固酸比。

1.3 数据分析

采用Excel 2010进行统计处理,采用SPSS 25.0对数据进行显著性分析和相关性分析,采用Origin 2022完成绘图。

2 结果与分析

2.1 不同品种黑莓成熟果实硬度

17个品种果实成熟呈亮黑色时用果实硬度计测定果实硬度,从高到低见表1。硬度值大于0.8 kg/cm2品种有6个,表明这些品种果实相对较硬,17个黑莓品种中“10-5n-2”果实硬度值最高,达(1.14±0.09) kg/cm2,其次为“宁植2号”“萨尼”和“切斯特”。“早黑”硬度值最低,为(0.29±0.02) kg/cm2,“乔克多”“卡依娃”“宁植4号”及“肯马克”果实硬度值也较低。

2.2 不同硬度黑莓花性状

开花时期对各品种花性状进行评价比较,结果见表2。较低硬度黑莓品种花瓣颜色以白色为主,较高硬度品种中除“萨尼”为白色外,其余包含白略带紫、淡粉以及粉等多种花色。较低硬度黑莓品种花瓣数目为5或6瓣且均为单瓣型花,而重瓣类型则集中在硬度值较高品种中,尤其以较高硬度品种“萨尼”花瓣数目最多,为(31.8±13.2)个,重瓣现象极为明显。黑莓多数品种花瓣形状为椭圆形,此外较高硬度和较低类型品种中也有倒卵形,较低硬度品种中“乔克多”“卡依娃”和“肯马克”则为圆形。花冠直径在3.47～5.19 cm之间,“切斯特”花瓣直径最小,“纳瓦荷”花瓣直径最大。每花序花朵数量以宁植1号花序花数量最少,为(3.8±0.7)个,“赫尔”和“切斯特”花序花数量较多,分别为(12.8±2.3)个和(12.4±2.1)个。

2.3 不同硬度黑莓果实外观品质性状

17个黑莓品种的果实外观性状如表3所示。从黑莓成熟果实纵径、横径测定结果看,果实外观较小的品种为“宁植2号”“切斯特”和“宁植3号”,其中“宁植2号”和“切斯特”果实较硬;果实外观较大的品种为“宁植4号”“卡依娃”和“乔克多”,三者果实均较软。

表3 不同硬度黑莓品种成熟果实外观品质性状分析

多数品种果形指数在1.10左右,硬度最高品种“10-5n-2”的果形指数最小(0.98±0.05),较软品种“宁植4号”果形指数最大(1.35±0.06)。单果质量是衡量果实大小的重要指标,较软品种“宁植4号”单果质量最大(9.37±0.98 g),较硬品种“赫尔”单果质量最小(3.69±0.99 g)。黑莓不同硬度果实形状以中卵形居多,其次少量为椭圆形、圆形和长圆锥形。小核果数目集中在49.50～94.00个之间,其中以“晚丰”的小核果数目最少,“卡依娃”小核果数目最多。种子质量是衡量果实可食用率的重要指标,黑莓种子百粒质量约为0.3～0.4 g,高硬度品种“10-5n-2”种子百粒质量最大,为(0.469±0.00) g,“宁植3号”种子百粒质量最小,为(0.239±0.00) g。

2.4 不同硬度黑莓果实发育进程形态性状

选取硬度值极高的“10-5n-2”“宁植2号”以及公认硬度较高的“切斯特”“纳瓦荷”与硬度值较低的“肯马克”“卡依娃”“乔克多”“早黑”8个黑莓品种在青转红转色期、红果期及成熟期的果实发育进程形态进行性状分析,结果见图1。高硬度品种果实的纵径与横径整体上小于低硬度品种,在转色期尤为明显。高硬度品种黑莓的果形指数更趋近1,表明高硬度品种果实形态上更圆,低硬度果实形态相对较长。低硬度品种黑莓果实在3个时期的单果质量整体上高于高硬度品种。

注:小写字母为品种内不同发育期显著性差异(P<0.05),大写字母为品种间同一发育时期显著性差异(P<0.05),图2、图3同。

2.5 不同硬度黑莓果实发育进程营养物质含量

对选取的8个不同硬度黑莓品种在成熟进程中果实品质性状变化趋势进行分析,结果见图2。相比较软类型品种,高硬度品种

图2 不同硬度黑莓品种成熟进程中果实营养品质性状比较

在青果期和红果期可溶性糖含量较低,成熟期时上升极为明显,在发育进程中的变化幅度整体高于低硬度品种果实。硬果品种“宁植2号”成熟期可溶性糖含量最高达140.04 mg/g,该品种转色期最低为11.99 mg/g;软果品种中“早黑”成熟期可溶性糖含量最高为118.50 mg/g,“乔克多”转色期的含量最低为10.03 mg/g。高硬度品种可溶性固形物含量在转色期和红果期与低硬度品种水平相近,而在成熟期时整体高于低硬度品种,硬果品种中以“纳瓦荷”成熟期可溶性固形物含量最高,达15.57%。可滴定酸含量在不同高硬度品种成熟进程中均以红果期含量较高且不同时期变化较大,而在低硬度品种中变化规律相对较一致,即青果期和红果期较高,而成熟期最低。硬果品种“纳瓦荷”成熟期可滴定酸含量最低,为0.58%,软果品种“肯马克”转色期可滴定酸含量最高,为2.87%。固酸比常用来评价水果果实风味和成熟程度,在所有进行测定的品种中,硬度值较高黑莓品种成熟期的固酸比整体高于硬度值较低品种,“纳瓦荷”成熟期的固酸比最高,为26.87,转色期和红果期软硬品种相比差异不明显。

2.6 不同硬度黑莓果实发育进程抗氧化物质含量

对选取的8个不同硬度黑莓品种在成熟进程中抗氧化物质进行分析,结果见图3。由图3可以看出,黑莓果实总多酚含量从转色期到成熟期总体呈下降趋势,硬度值较高的黑莓品种在转色期的总多酚含量大部分高于硬度值较低的黑莓品种,而在红果期和成熟期的含量差异不明显。类黄酮是植物重要的次生代谢产物,同时也是膳食提取的主要酚酸类物质之一,它的总含量变化从转色期到成熟期呈先下降后上升的趋势,在成熟期达到最高;硬度值较高的黑莓品种在3个时期的总黄酮含量整体高于软果品种。硬果品种“10-5n-2”成熟期的总黄酮含量最高,为6.307 mg/g,含量最低的为软果品种“早黑”红果期的0.759 mg/g。花色苷含量在不同硬度品种成熟进程中均呈上升趋势,在成熟期含量达到最大,硬度值较高品种成熟期的花色苷含量大部分高于硬度值较低品种,硬果品种“10-5n-2”成熟期的花色苷含量最高,为2.991 mg/g,软果品种“乔克多”转色期花色苷含量最低,为0.224 mg/g。抗坏血酸含量与总黄酮含量变化趋势相似,呈先下降后上升,大部分品种在成熟期的抗坏血酸含量最高,软果品种成熟期抗坏血酸含量整体上高于硬果品种,其中以“早黑”成熟期抗坏血酸含量最高,为122.55 μg/g。值得注意的是,“切斯特”抗坏血酸含量最高值出现在转色期,而“宁植2号”抗坏血酸含量的变化呈先上升后下降的趋势,且不同时期变化不大。

图3 不同硬度黑莓品种发育进程中抗氧化物质比较

2.7 黑莓成熟期果实硬度与花和果实性状的相关性

对不同品种黑莓成熟期果实硬度与花形态和果实性状相关性进行分析,结果如表4所示。整体而言,花瓣数目和每花序花数量与果实硬度呈极显著正相关。果实性状中仅种子百粒质量与果实硬度呈极显著正相关。果实营养物质含量除可滴定酸外,其他均与果实硬度呈正相关但未达到显著水平。果实抗氧化物质以花色苷含量与果实硬度达显著正相关,总黄酮含量也与果实硬度呈正相关。

表4 黑莓成熟期果实硬度与花和果实各性状指标的相关性分析

2.8 高硬度类型黑莓果实品质性状与成熟果实硬度的相关性

选择测量出的前7个高硬度值的黑莓品种(10-5n-2、宁植2号、萨尼Shawnee、切斯特Chester、7-7-4、硕丰2号、纳瓦荷),进一步分析了高硬度类型黑莓品种成熟期果实硬度与果实品质性状的相关性,结果见表5。由表5可见,就高硬度品种而言,转色期和红果期的可溶性糖含量、转色期的可溶性固形物含量、固酸比、红果期抗坏血酸含量均与高硬度果实的硬度呈显著正相关,而红果期总黄酮含量与果实硬度呈极显著负相关。其中这7个高硬度品种成熟期的纵径、横径、果形指数、可溶性糖、可溶性固形物、总黄酮含量、花色苷含量与果实硬度的相关性与表4相符,选育硬果品种时可着重留意这些性状指标。

表5 7个高硬度品种果实成熟期果实硬度与成熟进程品质性状的相关性分析

3 结果与讨论

硬度是园艺果实重要的育种目标性状。近年来,利用不同形态性状和生理生化性状指标进行果实硬度的评价分析在不同果树上已有初步报道。李景富等[12]利用硬度差异较大的两种番茄的380株杂交后代进行硬度与其他品质及形态性状的相关分析,发现果肉硬度、可溶性固形物与果实硬度呈正相关,横径、单果质量等与果实硬度呈负相关。国外研究发现葡萄果皮中的叶绿素含量对硬度产生一定的影响,叶绿素含量越多,果实内容物越丰富,细胞结构越致密,叶绿素含量与果实硬度呈正相关[13]。史星雲等[14]通过测定不同品种葡萄果实的外观品质指标与内在品质指标,探明了不同鲜食葡萄果实品质形成的差异。姜雪峰[15]等依据苹果的硬度、固酸比、可溶性固形物等指标建立品质评价模型,为新品种引进和筛选提供评价依据。

国内关于黑莓果实硬度与形态相关性状评价研究主要有不同硬度类型果实生长发育性状分析[10]、硬度变化规律分析[9]及微形态结构分析[11]等,而对于黑莓果实硬度的评价尚未有明确评价指标和体系。本研究根据硬度值将黑莓大致分为高硬度类型与低硬度类型果实,从黑莓各品种杂交系谱上可以发现同属低硬度类型的“乔克多”“肯马克”和“卡依娃”具有较近的亲缘关系[16],为后续不同硬度种质创制和育种利用提供了借鉴。园艺果实的硬度分级对种质资源的有效利用具有重要的意义,目前国内外研究者已对草莓、桃、苹果、软枣猕猴桃等园艺作物进行了果实硬度分级评价标准的研究[20],主要利用概率分级或指标无量纲化处理等统计学方法分级,为后续果实硬度的深化研究以及种质资源描述的规范化和标准化提供依据。

对于花性状的研究主要集中在观赏园艺作物,研究内容也主要偏向植物观赏价值,例如从形态特征、花色特征、果实特征和产量4个方面对观赏辣椒引进品种进行观赏特性评价[21],未发现将花性状与果实品质性状相关联的研究。本研究发现黑莓成熟果实硬度整体与花瓣数目和每花序花数量呈现一定的极显著正相关关系,这些花形态性状对于黑莓杂交育种中高硬度杂交后代选择或具一定参考意义。此外,就果实而言,黑莓果实硬度整体上与果实中种子百粒质量呈极显著正相关关系,表明种子的大小或一定程度上体现了果实硬度高低。此外,成熟果实中营养物质和抗氧化物质性状指标中,仅花色苷含量整体上与黑莓果实硬度呈显著正相关,说明黑莓花色苷含量丰富,高硬度果实中花色苷的积累也较多。进而分析高硬度品种果实不同时期果实性状指标与成熟果实硬度相关性,发现转色期可溶性固形物含量、转色期和红果期可溶性糖含量均与果实硬度呈显著或极显著正相关。黑莓红果期的总黄酮和抗坏血酸含量分别与果实硬度呈极显著负相关和正相关,这些物质的积累或转化对于成熟果实硬度的形成也具有一定抑制或促进作用。

综上所述,本研究系统揭示了黑莓果实硬度评价的花形态指标和果实品质性状指标,花瓣数目和每花序花数量、种子百粒质量、花色苷含量可能在一定程度上反映了果实硬度的高低。转色期果实可溶性固形物和可溶性糖含量、红果期抗坏血酸含量与成熟果实硬度具正相关,这些物质积累与果实硬度之间的促进关系值得进一步研究。在黑莓高硬度品种选育中,这些形态和品质性状或许可作为硬度选择的辅助指标加以利用。